KR20010065793A - 유기오염물 제거능력 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 있어서 실리콘기판상의 유기오염물질을 제거하기 위한 케미칼의 제거능력을 측정하기 위한 방법에 관한 것으로, 실리콘기판상에 산화막을 증착시키는 단계; 산화막이 증착된 실리콘 기판의 상부에 유기오염물질을 인위적으로 흡착시키는 단계; 상기 흡착된 유기오염물질의 제거를 위하여 평가받을 케미칼로 각각 세정처리하는 단계; 이후 불산계열의 식각용액으로 산화막을 식각하는 단계; 및 표면의 거친정도를 측정하는 단계를 포함하여 구성되는 케미칼의 유기오염물 제거능력 측정방법을 제공한다. 본 발명에 의한 방법에 의하여 유기오염물질 제거능력을 측정함으로서 최적의 세정용액을 선별함에 의하여 모세관 현상에 의해 유기물질이 잘 흡착되는 콘택홀의 세정능력 향상 및 CMP처리 후 나타나는 파티클의 제거능력을 향상시킬 수 있게 되고 따라서 공정전반의 클리닝 능력이 향상되어 소자의 신뢰성 및 수율 향상을 기대할 수 있게 된다.

Description

유기오염물 제거능력 측정방법{MEASURING METHOD OF ELIMINATABILITY OF ORGANIC CONTAMINATION}
본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 있어서 실리콘기판상의 유기오염물질을 제거하기 위한 케미칼의 제거능력을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 반도체 제조라인에서 공정 진행 후 보관장소 및 방법에 따라 유기오염물질들이 웨이퍼상에 오염이 되는데 이러한 유기오염물질은 많은 디펙트 유발 및 전기적 특성 열화를 일으킨다. 또한 이러한 오염물을 측정하여 분석하기란 특정분석 기기가 필요할 뿐 아니라 또한 많은 시간이 소요되는 바, 인-라인(in-line) 분석장비가 없이는 오염물의 제거능력을 측정하기가 매우 어렵다.
또한 유기오염물이 다른 공정에 미치는 영향과 오염의 정도를 3차원으로 이미지화 할 수가 없는 바, 공정에 대해서 유기물의 세정능력에 대한 판단없이 후속공정을 진행할 경우 잔류된 유기오염물에 의해 파타클이 부착되거나, 또는 실레인계열의 CVD 막의 증착시 많은 실오라기, 실타래, 수염형의 디펙트가 발생할 수 있다. 이러한 디펙트가 발생한 모양을 하기 도 1A 및 도 1B 에 나타내었다.
상기와 같은 디펙트는 전기적 특성에서 브레이크다운 전압과 CCST의 저하를 일으킨다. 따라서 반도체 제조공정에 있어서 피할 수 없는 유기오염물질의 정도를 파악할 수 있고 이의 제거능력을 측정할 수 있는 방법의 필요성이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 웨이퍼의 유기오염물질을 제거하기 위한 케미칼의 유기오염물질의 제거능력을 측정할 수 있는 방법을 제공함으로써 반도체 제조라인 내에서 유기오염물의 제거능력을 측정 평가가 가능토록 하여 최적의 클리닝 케미칼을 이용할 수 있도록 하여 반도체 제조공정 전반에 걸친 클리닝 능력의 향상과 소자의 신뢰성 향상 및 수율향상에 기여토록 하고자 한다.
도 1A 및 도 1B는 실타래모양의 성장형 디펙트를 나타내는 사진이며,
도 2는 실리콘 기판에 산화막을 증착시킨 상태를,
도 3은 산화막의 상부에 유기오염물질이 흡착된 상태를,
도 4A 내지 도 4C는 유기오염물질제거용 케미칼을 처리한 후의 상태를,
도 5A 내지 도 5C는 불산계열의 식각용액을 이용하여 식각한 이후의 상태를 각각 나타내는 도면이며,
도 6A 내지 도 6D는 본 발명의 일실시예에 의한 표면거칠기를 측정한 3차원이미지를 나타낸 사진이다.
* 도면의 주요부분의 부호의 설명 *
201 : 실리콘기판 202 : 산화막 (Thermal Oxide)
301 : 유기오염물질
상기와 같은 기술적과제를 달성하기 위하여 본 발명은 실리콘기판상에 산화막을 증착시키는 단계; 산화막이 증착된 실리콘 기판의 상부에 유기오염물질을 인위적으로 흡착시키는 단계; 상기 흡착된 유기오염물질의 제거를 위하여 평가받을 케미칼로 각각 세정처리하는 단계; 이후 불산계열의 식각용액으로 산화막을 식각하는 단계; 및 표면의 거친정도를 측정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 케미칼의 유기오염물 제거능력 측정방법을 제공한다.
본 발명에 따른 상기와 같은 유기오염물질의 제거능력의 측정방법에 있어서, 상기 유기오염물질의 흡착을 위하여 클린룸에 5 내지 7 일간 방치시키는 것이 바람직하며, 상기 불산계열의 식각용액으로 DI-HF(Diluted HF), BOE(Buffered Oxide Echant), HF 증기 등을 사용하는 것이 바람직하며 이 때의 식각 타겟은 10 내지 70 Å 정도로 하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 처리된 실리콘기판을 상기와 같은 과정을 동일하게 적용하되 케미칼 처리를 하지 않고 불산계열의 식각용액에 의한 처리만 된 실리콘 기판을기준으로 하여 AFM 분석기기에 의하여 분석하여 얻은 표면미세거칠기(Micro-Roughness)의 측정자료와 3차원이미지(Image)를 상호비교하여 유기오염물질의 세정능력을 케미칼 별로 비교할 수 있으며 최적의 케미칼을 선별하는 것이 가능하다.
하기에서 본발명에 따른 구체적인 공정도를 첨부도면을 참고하여 설명하기로 한다.
1) 하기 도 2와 같이 실리콘 기판(201)의 상부에 산화막(202)을 증착시킨다.
2) 클린룸에서 5일 내지 7일간 방치시켜 유기오염물질(301)을 인위적으로 흡착시킨다. 이를 하기 도 3에 나타내었다.
이 때 C12H26(Dodecane), C16H34(Hexadecane), C17H36(Heptadecane), C18H38(Octadecane), C21H44(Heneicosane), C23H48(Tricosane), C24H50(Tetracosane), C25H52(Pentacosane), C27H56(Heptacosane), C28H58(Octacosane), C29H60(Nonacosane), C30H62(Triacontane)등의 오염물질이 흡착된다.
3) 세정능력을 측정할 케미칼용액에 유기오염물질이 흡착된 실리콘 기판을 세정시킨다. 이 때 유기오염물질이 제거된 형태는 크게 하기 도 4A 내지 도 4C에 나타낸 바와 같이 세가지 타입으로 분류될 수 있다.
4) 상기 과정이 완료된 후 불산계열의 식각용액 즉, 희석불산용액 또는 BOE을 사용하여 산화막을 10 내지 70Å정도를 타겟으로 식각시키면 하기 도 5A 내지 도 5C 와 같이 세가지 형태로 나타난다.
5) 상기 과정이 완료된 반도체 기판을 AFM(Atomic Force Microscope)기기를 이용하여 표면 미세거칠기(Micro-roughness)를 측정한다.
6) 측정자료의 수치 및 3차원 이미지를 상호 비교한 후 최적의 유기오염물질 세정능력을 갖는용액을 선별하여 공정에 적용한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 좀 더 상세히 살펴보기로 한다. 이하의 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니며 단지 예시로 제시한 것뿐이다.
우선 실리콘웨이퍼 4장(a, b, c, d)에 산화막을 1000Å 증착시킨 후, 클린룸에 5일간 방치시켜 C12H26(Dodecane), C16H34(Hexadecane), C17H36(Heptadecane), C18H38(Octadecane), C21H44(Heneicisane), C23H48(Tricosane), C24H50(Tetracosane), C25H52(Pentacosane), C27H56(Heptacosane), C28H58(Octacosane), C29H60(Nonacosane), C30H62(Triacontane)의 유기오염물질을 증착시켰다.
상기과정이 완료된 실리콘기판(a)는 SMP(H2SO4:H2O2가 4~6:1로 혼합된 용액)(120℃, 10분)로, 실리콘기판(b)는 AMP(NH4OH + H2O2+ 순수가 혼합된 용액)(30℃, 10분)로, 실리콘 기판(c)는 오존수(5℃, 10분, 농도: 80ppm)로 각각 세정시켰다. 상기 과정 완료 후 각각의 실리콘기판 (a, b, c, d)를 희석불산용액(50:1 희석, 30초)으로 산화막 30Å을 타겟으로하여 식각하였다. 이후 AFM 장비를 이용하여 표면미세거칠기의 정도를 측정하였다.
하기 도 6A 내지 도 6D에 각각의 실리콘 기판의 3차원이미지를 나타내었다.
하기 도 6A는 SPM으로 처리한 경우의 실리콘기판의 유기잔유물에 의한 거칠기의 정도를 3차원이미지로 보여주는 자료이며 이 때 Rms는 1.45Å, Rmax는 11.49Å이었다.
하기 도 6B는 APM으로 처리한 경우의 실리콘기판의 유기잔유물에 의한 거칠기의 정도를 3차원이미지로 보여주는 자료이며 이 때 Rms는 4.99Å, Rmax는 70.07Å이었다.
하기 도 6C는 오존수로 처리한 경우의 실리콘기판의 유기잔유물에 의한 거칠기의 정도를 3차원이미지로 보여주는 자료이며 이 때 Rms는 7.49Å, Rmax는 75Å이었다.
하기 도 6D는 케미칼 처리 없이 불산용액처리만 한 경우의 실리콘기판의 유기잔유물에 의한 거칠기의 정도를 3차원이미지로 보여주는 자료이며 이 때 Rms는 6.61Å, Rmax는 44.27이었다.
하기 도 6A 내지 도 6D를 잘 살펴보면 많은 돌출기들이 있는 것을 알 수 있는데, 이 돌출기들은 유기잔유물을 나타내는 것으로 이들이 식각장벽으로 작용하여 심한 미세 거칠기로 나타난다. 이들 도면을 상호비교해 볼 때, 상기와 같은 세가지 유기오염물질제거용 케미칼 중 SPM이 가장 효과적인 케미칼로 판정되었다.
상기와 같은 방법을 이용하여 여러가지 케미칼을 바꾸어 가면서 세정력을 측정하여 최적의 유기오염물질 제거용 케미칼을 선별할 수 있다.
상기와 같은 방법에 의하여 유기오염물질 제거능력을 측정하여 최적의 세정용액을 선별함에 의하여 모세관 현상에 의해 유기물질이 잘 흡착되는 콘택홀의 세정능력 향상 및 CMP(Chemical Mechanical Polishing)처리 후 나타나는 파티클의 제거능력을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 이로 인하여 공정전반의 클리닝 능력이 향상되어 소자의 신뢰성 및 수율 향상을 기대할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 실리콘기판에 산화막을 증착시키는 단계; 산화막이 증착된 실리콘기판의 상부에 유기오염물질을 흡착시키는 단계; 유기오염물질이 흡착된 실리콘기판을 평가받을 케미칼 용액을 사용하여 세정하는 단계; 케미칼용액에 의하여 세정된 셀리콘기판을 불산계열의 식각용액으로 산화막을 식각하는 단계; 및 식각된 실리콘기판의 표면의 거친정도를 측정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 케미칼의 유기오염물질 제거능력 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유기오염물질의 흡착을 위하여 클린룸에 5 내지 7 일간 방치시키는 것을 특징으로 하는 케미칼의 유기오염물질 제거능력 측정방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 불산계열의 식각용액으로 DI-HF(Diluted HF), BOE(Buffered Oxide Echant), HF 증기 중 선택된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 케미칼의 유기오염물질 제거능력 측정방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 식각시의 타겟은 10 내지 70Å으로 하는 것을 특징으로 하는 케미칼의 유기오염물질 제거능력 측정방법.
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